Первые шаги дороги в космос

— ХОЧУ ВСЁ ЗНАТЬ

                Сейчас это знакомые сообщения – ”На МКС запущен космический корабль с космонавтами на борту…” или ”Произведен пуск ракеты-носителя  ”Зенит 3SL”с платформы ”Морской старт”. Скупые газетные строки  в большинстве своем уже никого не трогают. Нет предмета обсуждения. Жители Земли уже видели и человека на Луне, и марсоход, и космические  аппараты, покидающие Солнечную систему. Для нашего времени, можно сказать, это является вершиной пирамиды развития ракетной и космической техники, которую создавали многие поколения ученых и энтузиастов, стремившихся вырваться в Космос.

          Трудно теперь, с высоты многих веков, полностью оценить вклад  каждого кирпичика в эту пирамиду. Основание ее начали выкладывать еще в десятом веке, когда с изобретением пороха появились  ракеты, которые в первую очередь применялись как оружие, а затем – в виде  фейерверков. Но уже в средневековье пытливые умы начали всерьез задумываться над проблемами применения принципов реактивного движения для иных целей. В основном это были энтузиасты–одиночки с пытливым умом, стремящиеся постигнуть тайны взаимных отношений Земли и Космоса.
Например, бельгийский инженер Ян Бив еще в 1591 году описал и сделал набросок многоступенчатой ракеты, предназначенной для преодоления земного притяжения (!), а польский инженер Казимир Сименович в 1650 году опубликовал книгу «Ракеты для воздуха и воды». В ней впервые в мире был дан чертеж  трехступенчатой ракеты - уже не набросок, как у Яна Бива, а чертеж.

Оказалось, что средние века – это не только инквизиция, алхимия и флогистон. В это время уже были заложены и основы для теоретических разработок. Великий английский физик Исаак Ньютон сформулировал универсальные законы движения. И хотя они не касались непосредственно ракетной техники, оказали на нее основополагающее значение, особенно третий закон – «Для каждого действия имеется равная и противоположная реакция». Этот закон оказался фундаментальной основой процесса действия ракетного двигателя. А в своих знаменитых «Математических принципах естественной философии», изданных в 1687 году, Ньютон впервые определил, как мы теперь называем, первую космическую скорость и высоту геостационарной орбиты спутника. Были у него и другие мысли об искусственных спутниках Земли, но тогда еще не наступило время.

        Тема преодоления земного притяжения и полета на другие планеты на долгие годы овладела умами писателей-фантастов и энтузиастов-исследователей. Среди их космических проектов появились не только совершенно фантастические, но и вполне обоснованные с научной точки зрения. Безусловная польза от этого была в том, что они, с одной стороны, популяризировали идеи завоевания космоса, с другой стороны, активизировали деятельность инженеров и теоретиков в этом направлении. Хотя отсутствие основных фундаментальных положений космонавтики приводило к тому, что инженеры-энтузиасты по-прежнему продвигались на ощупь, ошибались и не всегда учились на ошибках - снова ошибались. В конце-концов все-таки начали появляться проекты, в которых все чаще обосновывались определенные условия и  принципы для совершения  полета в космос. Вот они уже и явились прообразами современной космической техники.                                                

                                                                     

        Одним из первых авторов, заложивших в фундамент пирамиды  практический проект - взлететь в космическое пространство,  явился человек ярчайшей и трагической судьбы - Николай Иванович Кибальчич. Будучи арестован в марте 1881 года за покушение на царя Александра II, он в камере-одиночке за несколько дней до казни изложил свою идею создания «Воздухоплавательного прибора». Основное – был сформулирован новый принцип создания подъемной силы, исключавший воздух как опорную среду. В проекте также были рассмотрены вопросы управления полетом путем изменения угла наклона двигателя, программный режим горения топлива, обеспечение устойчивости летательного аппарата.

         К сожалению, идея казненного арестанта стала доступна ученому миру только спустя 36 лет.  Кто знает, на сколько бы раньше человечество вышло в космос, дай идее Кибальчича тогда же широкую известность и ход к реализации.

        Нельзя не назвать имя другого пионера-зачинателя практического воплощения космических полетов – Александра Петровича Федорова, о котором многие ничего не знали до сих пор. В 1896 году в Петербурге был опубликован его труд «Новый принцип воздухоплавания, исключающий атмосферу, как опорную среду». Брошюра в 16 страниц содержала описание конструкции ракетного аппарата и обоснование возможности полета в космос. Приведенный на схеме ракетоплан имел несколько ракетных двигателей, которые должны были использоваться для подъема, мягкой посадки и управления аппаратом.  В качестве топлива для ракетного двигателя автор предложил применить сернистый углерод и азотную кислоту, которые, проходя отдельно по трубкам, встречались в горелке и сгорали,  создавая струю газа. Фактически был предложен прообраз современных ЖРД. Это явилось открытием для двигателистов – что надо делать. Только  отсутствие теории, как и в случае с Кибальчичем, не позволили Федорову сделать более широкие и практические выводы.                                            

                   Но, как оказалось потом,  именно эта брошюрка Федорова явилась отправной точкой теоретических исследований К.Э.Циолковского. Он писал:

      «В 1896 году я выписал книжку А.П.Федорова «Новый принцип воздухоплавания…». Она мне показалась неясной. А в таких случаях я принимаюсь за вычисления самостоятельно – с азов. Вот начало моих теоретических изысканий о возможности применения реактивных приборов в космических путешествиях. …В результате получился обширный труд, который указал мне на нечто великое, чего я никак не ожидал».

И если Федоров, создавая ракетоплан, не мечтал о покорении Космоса, Циолковский в этом аппарате увидел прообраз ракеты, способной достичь космических скоростей. Недаром об идее Федорова он писал: «Она толкнула меня к серьезным работам, как упавшее яблоко к открытию Ньютоном тяготения». (ТМ  2011- 12)

На схеме «межпланетного дирижабля»  Циолковского - те же компоненты топлива ракетного двигателя и тот же раздельный  принцип их подачи в камеру горения, что и предлагалось  Федоровым.

          Продолжая работать над этой темой,  Циолковский в 1903 году опубликовал работу, до сих пор считающуюся классической в космонавтике, - «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В ней впервые была научно обоснована возможность осуществления космических полетов при помощи ракеты и даны основные расчетные формулы ее полета. В дальнейшем были опубликованы «Второе начало термодинамики», «Вне Земли», «Космические ракетные поезда», «Цели звездоплавания» и другие. В них Циолковский поднял такое многообразие вопросов, касающихся ракетостроения и межпланетных сообщений, что невозможно здесь их просто перечислить. Это и решение новых проблем механики тел переменной массы, и разработка теории многоступенчатых ракет, и идея создания околоземных орбитальных станций, и обоснование условий  посадки космических аппаратов на поверхность планет, лишенных атмосферы.  Ряд  идей, которые  выдвинул Циолковский, нашли применение в современном ракетостроении: газовые рули из графита для управления полетом ракеты, использование компонентов топлива для охлаждения стенок камеры сгорания и сопла ЖРД, насосная подача компонентов топлива и другие. Идеи Циолковского в области космонавтики трудно переоценить.

           Мысль о преодолении земного притяжения и выходе в космическое пространство, как обычно и бывает с новой идеей, постепенно распространилась на всех континентах. Так было с изобретением радио, так было с изобретением самолетов и другими пионерскими идеями. А потому в технически развитых странах  появились свои конструкторы ракет, исследователи-экспериментаторы и теоретики космонавтики.

         В Германии в 1912 году Герман Оберт (ему тогда было 18 лет) разработал ракету, в которой в качестве топлива использовалась комбинация жидкого кислорода и спирта.  Через тридцать лет этот состав топлива будет принят и при разработке ракеты Фау-2.

        В 1917 году Оберт представил проект боевой ракеты высотой 25 м, внешний вид которой точно походил на современные баллистические ракеты.

        В 1920 году он создает проект двухступенчатой космической ракеты. Первая ступень использовала в качестве топлива пару спирт-кислород, а вторая - водород-кислород. Это был первый в мире проект, в основе которого лежали продуманные подробные расчеты.

        Вышедшая в 1923 году его книга «Ракета в межпланетное пространство» оказалась первой в мировой литературе, в которой была показана техническая реальность создания больших жидкостных ракет и обсуждены возможные ближайшие цели их практического применения. Особый интерес вызывали детально проработанные чертежи ракет – ничего похожего в те годы у других пионеров космонавтики не было.

        В 1929 году вышла следующая книга Германа Оберта – «Пути осуществления космического полета», в которой были представлены различные типы ракет,  вплоть до космического корабля, возвращающегося на Землю.

         Эти две книги стали основой для дальнейшего развития идей о межпланетных полетах как в Германии, так и в других странах Европы, а неиссякаемые заказы на них определили Германа Оберта как главного специалиста по космическим вопросам.

          Следует отметить, что появление в 1923 году первой книги Оберта вызвало возмущение Циолковского, поскольку в ней ничего не говорилось о его работах и его приоритете. Поэтому в 1924 году Циолковский выпустил в виде отдельной брошюры второе издание своей работы 1903 года. Эти публикации восстановили приоритет теоретика космонавтики и сыграли большую роль в возникновении повышенного интереса к ракетно-космической тематике в Советской России.

            Да собственно  немецкий ученый и не возражал против приоритета Циолковского. В подтверждение этого он писал Циолковскому: «Вы зажгли свет, и мы будем работать, пока величайшая мечта человечества не осуществится… Я, разумеется, самый последний, который оспаривал бы Ваше первенство и Ваши заслуги по делу ракет».          

                                                                                   

           В это же время на другом континенте, в Америке, стали известны практические работы по ракетостроению американского инженера Роберта Годдарда.  Его труды не содержали   описаний космических кораблей будущего и орбитальных станций. Это был прагматик. Он  признавал только реальные конструкции, которые можно запантентовать и сразу создать. Хотя проблемами полета в космическое пространство он интересовался еще в юношеском возрасте, его ракетные аппараты появились, когда он уже стал дипломированным инженером и доктором философии. В 1912-1913 годах он разработал свою собственную теорию движения ракет и в 1915 году приступил к стендовым экспериментам. Первый запуск жидкостно-реактивного двигателя состоялся в марте 1922 года. А первый в мире полет ракеты на жидком топливе был осуществлен 16 марта 1926 года в местечке Обурне (штат Массачусетс). Ракета пролетела 56 метров и достигла высоты 12,5 метров. Весь полет продолжался 2,5 секунды. 2,5 секунды! Но это было начало создания в мире будущего всей ракетной техники.

            Далее Годдард последовательно совершенствовал свои ракеты: устанавливал на них исследовательские приборы, отрабатывал стабилизирующие гироскопические и маятниковые   устройства, применял различные аэродинамические и газовые рули. В марте 1937 года его ракета поднялась уже почти на три километра (!).

            За период с 1914 по 1940 год Роберт Годдард получил 83 патента на изобретения в области ракетной техники. А после его смерти на основе архивных материалов на его имя было зарегистрировано еще 131 патент. Вполне справедливо Роберт Годдард вошел в историю космонавтики как «пионер ракетостроения».                                            

         В эту когорту пионеров космонавтики несомненно входит и Юрий Васильевич Кондратюк, настоящее имя которого Шаргей Александр Игнатьевич.  Примечательно, что этот талант, живший вдали от столиц и ничего не знавший ни о Циолковском, ни об Оберте, сумел создать свою собственную теорию ракет для межпланетных полетов.

         В своей рецензии на рукопись Кондратюка известный специалист в области ракетной техники Владимир Петрович Ветчинкин характеризовал его как выдающегося исследователя. Он писал, что незнание достижений иностранных ученых и трудов Циолковского «… не помешало автору получить результаты, достигнутые всеми исследователями межпланетных путешествий в совокупности… В то же время совершенно оригинальный язык автора и необычные для ученых выражения и обозначения дают основание полагать, что автор является самоучкой, изучившим дома основы математики, механики, физики и химии».

        То, что он создал, даже трудно представить, что это сделал один человек, да еще самоучка. В 17 лет, заинтересовавшись проблемами межпланетных сообщений, он уже через несколько лет закончил рукописную работу - «Тем, кто будет читать, чтобы строить». В ней  независимо от Циолковского оригинальным методом было выведено основное уравнение движения ракеты. Здесь же были приведены схема и описание четырехступенчатой ракеты на кислородно-водородном топливе. И хотя он не проводил стендовых испытаний двигателей, сумел обосновать и описать ряд разработок, которые были рекомендованы для внедрения, чтобы получить экономичный и эффективный ракетный двигатель. Например, различные схемы расположения форсунок горючего и окислителя, включая и шахматное, параболоидное сопло, турбо-насосный агрегат для подачи топлива, регуляторы от гироскопов с приводом на поворотную часть сопла и многое другое, что в будущем нашло применение в реальных конструкциях ракет.

        Что касается полетов вне Земли, Кондратюк предложил для изменения скорости и направления полета космических кораблей использовать гравитационные силы других планет, так называемые, гравитационные (пертурбационные) маневры. Этот метод облета планет солнечной системы в наше время был не один раз применен при запусках космических аппаратов «Вояджер», «Пионер», «Галилей» и других.

        Было предложено также базы снабжения располагать на Луне или на орбитах вокруг Луны, а для снижения расходов на межпланетные экспедиции космический корабль делать из двух частей – орбитальной (базовой) и посадочной (двухместной), что, как известно,  было реализовано  при осуществлении американской лунной программы «Аполлон».

        Для благополучного возвращения на Землю космических кораблей, имеющих первую или вторую космические скорости, Кондратюк предложил использовать аэродинамическое торможение за счет сопротивления атмосферы. При этом была сделана оценка температур, развивающихся на поверхности космического аппарата, и наиболее опасные высоты.

        Все эти вопросы были изложены в переработанной рукописи и в 1929 году изданы в Новосибирске книжечкой «Завоевание межпланетных пространств». Всего 2 тысячи экземпляров … за свой счет.

       Следует отметить, что Юрий Кондратюк, подобно изобретателю Николо Тесла, который научился передавать энергию на расстояния без проводов, но не раскрыл этой тайны, имел свою оригинальную разработку.  Во втором предисловии автора к первому изданию читаем: «В 1921 году я пришел к весьма неожиданному решению вопроса об оборудовании постоянной линии сообщения с Землей в пространство и обратно, для осуществления которой применение  такой ракеты, как рассматривается в этой книге, необходимо только один раз. В 1926 году я пришел к аналогичному решению вопроса о развитии ракетой начальной 1500-2000 м/сек ее скорости улета без расходования заряда (топлива) и в то же время без грандиозного артиллерийского орудия-тоннеля, или сверхмощных двигателей или вообще каких-либо гигантских сооружений. Указанные главы не вошли в настоящую книгу, они слишком близки уже к рабочему проекту овладения мировыми пространствами, - слишком близки для того, чтобы их можно публиковать, не зная заранее, кто и как этими данными воспользуется».   

         К сожалению, Юрий Кондратюк не смог продолжить свои изыскания по   оригинальному перемещению в космосе и представить их для всеобщего обсуждения и применения – он погиб в январе 1942 года в Подмосковье.

        Работы отдельных энтузиастов в разных странах создали основу фундамента, на котором началось строительство  пирамиды под названием «КОСМОНАВТИКА». Их энтузиазм и результаты работы привели человечество к общей мысли: необходимо  завершить строительство пирамиды, надежно овладев основными принципами полета  за пределы атмосферы. В этой связи во многих странах образовались общества по изучению межпланетных сообщений. И мир узнал новые имена:  Макс Валье, Вальтер Гоман, Иоханес Винклер, Вернер фон Браун, Фридрих Цандер, Георгий Лангемак, Михаил Тихонравов, Валентин Глушко, Сергей Королев и другие, другие. Но это был уже другой этап освоения технологий создания ракетной техники и прорыва в Космос - следующий этап.

                                                                             Олег Прусс  19.07.14